JPWO2013011924A1 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

白熱電球やハロゲンランプ等に較べ軽負荷となるＬＥＤ照明装置を調光器に接続すると誤動作することがある。そこで消費電力が低いというＬＥＤ照明装置の特徴を生かしながらこの誤動作を防止する。ＬＥＤ照明装置は、整流回路と、整流回路と接続され且つ整流回路の出力電圧が閾値電圧を越えると電流が流れ始める単数又は複数のＬＥＤを含む発光回路と発光回路を経由せずに整流回路へ電流を流すためのバイパス経路と発光回路を流れる電流を検出する検出部を有するバイパス回路とを有し、バイパス回路は検出部が検出する電流が所定値を越えた場合にバイパス経路を流れる電流を遮断することを特徴とする。

Description

本発明は、調光器の出力によりＬＥＤを点灯させるＬＥＤ照明装置に関する。

商用交流電源に接続し、ＬＥＤ（発光ダイオードともいう）を点灯させる照明装置が知られている（以下ＬＥＤ照明装置と呼ぶ）。ＬＥＤ照明装置は、商用交流電源を整流して使うことが多い。特に、容量の大きなコンデサーを省いて、脈流又は脈流に近い電圧を、多数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ列に印加することがある。

ＬＥＤ列に直接脈流を印加すると、発光期間が短くなるため、ＬＥＤ列に流れる電流を検出して直列段数を調節する回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１の図２６に記載のＬＥＤ照明装置を示す図である。便宜上、図７には、必要な箇所に番号や電流等を記入している。

図７に示すＬＥＤ照明装置は、商用交流電源７１２、４個のダイオードからなるブリッジ整流回路７０５、並列に配置されたＬＥＤ第１グループ及びＬＥＤ第２グループ、ＬＥＤ第１及び第２グループと直列に接続されたＬＥＤ第３グループ、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３、ｎ型ＭＯＳトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、及びＮＰＮトランジスタＱ２を有している。

抵抗Ｒ２及びＲ３と、トランジスタＱ１及びＱ２とは、バイパス回路７１７を構成している。ブリッジ整流回路７０５の電流出力端子Ａは並列に配置されたＬＥＤ第１及び第２グループに接続している。並列に配置されたＬＥＤ第１及び第２グループのカソード側は、ＬＥＤ第３グループのアノード側とバイパス回路７１７に接続している。バイパス回路７１７に含まれる電流検出用の抵抗Ｒ３及びトランジスタＱ２のベースにはバイパス回路７１７を通る電流Ｉ３とＬＥＤ第３グループを通る電流Ｉ４が流れ込んでいる。

図８は、図７に示すＬＥＤ照明装置における電圧と電流の関係を示す図である。図８（ａ）はブリッジ整流回路７０５の端子Ｂを基準とした場合の端子Ａにおける脈流の一周期分の電圧波形例を示し、図８（ｂ）はブリッジ整流回路７０５に流れる脈流電圧一周期分の電流波形例を示している。図８（ｂ）に示す電流波形は、概ね電流Ｉ３と電流Ｉ４の和に等しい。

端子Ａの電圧が並列に配置されたＬＥＤ第１及び第２グループの閾値電圧より低い期間ｔ１では電流Ｉ３及びＩ４は０Ａである。続いて、端子Ａの電圧が並列に配置されたＬＥＤ第１及び第２グループの閾値電圧を超えると短い期間ｔ２で電流が増加する。続いて、端子Ａの電圧が更に上昇すると電流Ｉ３及び電流Ｉ４の和が一定になる期間ｔ３が現れる。期間ｔ３の前半はバイパス回路７１７にのみ電流Ｉ３が流れ、期間ｔ３の後半はバイパス回路７１７とともにＬＥＤ第３グループにも電流Ｉ４が流れる。このとき、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧が０．６Ｖを保つように電流Ｉ３と電流Ｉ４が調整される。

続いて、端子Ａの電圧が上昇し、電圧波形のピークを含む期間ｔ４では、トランジスタＱ２が飽和してバイパス回路７１７がカットオフし、電流Ｉ３が流れなくなる。期間ｔ４では、電流Ｉ４が電流制限用の抵抗Ｒ３で規制されるだけになるため、全体の電流は端子Ａの電圧と相似する。端子Ａの電圧が下降する期間は、電圧が上昇する期間の逆の経路をたどる。

図７に示すＬＥＤ照明装置では、全てのＬＥＤが消灯する期間ｔ１が短いためフリッカーが目立たないうえ、力率や歪み率が良好で高調波ノイズが少ないという特徴がある。

また、商用交流電源とブリッジ整流回路との間に調光回路を設けたＬＥＤ照明装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されたＬＥＤ照明装置では、ブリッジ整流回路から出力される脈流を大容量のコンデンサを用いて平滑化した平滑化電圧を用いてＬＥＤを点灯させている。

ＷＯ２０１１／０２０００７号公報 （図２６） 特開２０１１−３４６７号公報（図１）

図９は、図７に示すＬＥＤ照明装置において、商用交流電源とブリッジ整流回路７０５との間に調光器９０１を挿入した例を示す図である。

図９に示す調光器９０１は、リーディングエッジ型の調光器であり、商用交流電源７１２からの電圧波形の位相を制御して調光するものである。例えば、調光器９０１は、図８（ａ）で示した脈流電圧のうち前半部を切り取り、後半部にのみ電圧があるように動作し、電圧のある期間の幅を調整することで調光する。

図１０は、図９に示すＬＥＤ照明装置における電圧と電流の関係を示す図である。図１０（ａ）は理想的な負荷についてブリッジ整流回路７０５の端子Ｂを基準とした場合の端子Ａにおける脈流の一周期分の電圧波形例を示し、図１０（ｂ）は図９の回路についてブリッジ整流回路７０５が出力する脈流電圧一周期分の電圧波形例を示している。

図１０（ａ）では、調光器９０１の作用により、図８（ａ）で示した脈流電圧のうち前半部を切り取られた電圧波形となっている。図１０（ｂ）に示すように、ブリッジ整流回路７０５には、前半は本来電圧のない期間であるにも係わらず徐々に増加するような電圧が現れる。図１０（ｂ）に示すように、ブリッジ整流回路７０５には、後半は端子Ａの電圧に複数の鋭いピークが現れる。なお、並列に配置されたＬＥＤ第１及び第２グループに流す電流をある程度増加させると、図１０（ｂ）に現れるピークは消せるが、前半部の異常な電圧は消えない。

図１０（ｂ）に示すように、誤動作が発生するのは、調光器９０１を正常動作させるためにはある程度の電流を流す必要があるからであると考えられる。しかしながら、図１０（ａ）に示す電圧波形がほぼゼロとなる期間では、調光器９０１へは、正常動作のために必要な最低限の電流が流れていない。

図１０（ｂ）に現れるような誤動作は、図７に示すＬＥＤ照明装置に調光器９０１に接続する場合だけでなく、白熱電球又はハロゲンランプ等に較べ軽負荷となるＬＥＤ照明装置を他の調光器に接続しても発生する可能性がある。なお、軽負荷となるＬＥＤ装置と並列に電流経路を形成し重負荷となるようにすれば、前述した誤動作を解消することができる可能がある。しかしながら、そのような重負荷化を行うのでは、低消費電力であるというＬＥＤ照明装置の特徴を失うことになる。

これに対して、特許文献２に示すＬＥＤ照明装置では、調光回路２が正常動作するための最小保持電流を維持する負荷回路７を備えている。しかしながら、特許文献２に示すＬＥＤ照明装置では、更にコンデンサを含む平滑回路４を有しており、整流回路３から出力される電圧を平滑回路４で平滑化してからＬＥＤ等の負荷６を点灯させるための点灯回路５へ供給している。

したがって、特許文献２に示すＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤ等の負荷６はＤＣ駆動されている。ＤＣ駆動で調光を行うためには、点灯回路５は、調光回路２が電力を供給する位相を検出して、調光回路２が電力を供給する位相に応じてＬＥＤ等の負荷６へ供給するＤＣ電圧を制御することとなる。このような点灯制御では、複雑な制御回路を必要とする上に、安定したＤＣ電圧が必要となる。そこで、平滑回路４には大容量のコンデンサが必要となるはずであり、大容量のコンデンサは、回路のコンパクト化を阻害する。さらに、大容量のコンデンサとして、例えば電界コンデンサを利用した場合には、ＬＥＤから生じる熱の影響により、短寿命となり、ＬＥＤ照明装置自体の寿命を短くしたり、メンテナンスを必要としたりという不具合がある。

そこで、本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置において、調光器の出力で動作させても正常に動作し、さらに消費電力を低くできるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、平滑回路を利用せず、簡単な回路構成で、調光器を誤動作させることがない、ＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

ＬＥＤ照明装置は、整流回路と、整流回路と接続され且つ整流回路の出力電圧が閾値電圧を越えると電流が流れ始める単数又は複数のＬＥＤを含む発光回路と、発光回路を経由せずに整流回路へ電流を流すためのバイパス経路と発光回路を流れる電流を検出する検出部とを有するバイパス回路を有し、バイパス回路は検出部が検出する電流が所定値を越えた場合にバイパス経路を流れる電流を遮断することを特徴とする。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、前記バイパス回路は、前記バイパス経路を流れる電流と前記発光回路を流れる電流の和が一定の値となるように制御することが好ましい。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、バイパス回路は、バイパス経路中に配置されたディプレッション型ＦＥＴと電流検出抵抗とを含み、ディプレッション型ＦＥＴは、発光回路を流れる電流を前記電流検出抵抗により検出して、バイパス経路の開閉制御を行うことが好ましい。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、バイパス回路は、バイパス経路中に配置されたエンハンスメント型ＦＥＴ及び電流検出抵抗と、エンハンスメント型ＦＥＴの制御用のバイポーラトランジスタと、プルアップ抵抗とを含み、バイポーラトランジスタは、発光回路を流れる電流を電流検出抵抗により検出して、エンハンスメント型ＦＥＴを用いてバイパス経路の開閉制御を行うことが好ましい。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、発光回路に接続された第２のバイパス回路と、第２のバイパス回路に接続され、整流回路の出力電圧が閾値電圧を越えると電流が流れ始める単数又は複数のＬＥＤを含む第２の発光回路と、第２の発光回路に流れる電流を制限する電流制限回路を更に有することが好ましい。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、バイパス回路と並列に整流回路に接続され、抵抗及びコンデンサを直列接続したフィルタ回路を更に有することが好ましい。

さらに、ＬＥＤ照明装置では、フィルタ回路は、バイパス回路より、発光回路側に配置されていることが好ましい。

ＬＥＤ照明装置は、整流回路と単数又は複数のＬＥＤを含む発光回路を備え、この発光回路が第１の電源端子と第２の電源端子を有し、第３の電源端子、第４の電源端子及び電流検出端子を有するバイパス回路を備え、第１の電源端子と前記第３の電源端子と整流回路の一端が接続し、第２の電源端子と前記電流検出端子とが接続し、第４の電源端子が前記整流回路の他端と接続し、整流回路の一端と他端との間の電圧が低いときに前記第３の電源端子を通じて電流が流れ、電流検出端子を通る電流が所定の値を超えたときに前記第３の電源端子を通じて流れる電流がなくなり、整流回路の一端の電圧が、単数のＬＥＤからなるか、又は複数のＬＥＤが直列接続したＬＥＤ列の閾値電圧を超えると、単数のＬＥＤ又はＬＥＤ列に電流が流れ、電流が電流検出端子に流れ込む、ことを特徴とする。

調光器は商用交流電源から得られる電圧波形を変形し、特定の期間だけ電圧があるようにし、残りの期間は電圧がないようにしている。しかしながら、電圧のない期間といっても完全に０Ｖになるわけではなく僅かに電圧が存在する。そこで、ＬＥＤ照明装置では、この電圧のない期間においてバイパス回路を通じて電流を流しておくことにより調光器の動作を安定させる。なお、この電圧のない期間は、ＬＥＤに閾値があるため発光回路に電流は流れない。調光器の出力が電圧のある期間に移った直後、発光回路に電流が流れ始めても、調光器の安定した動作状態が維持される。調光器の出力が電圧のある期間に移り、発光回路に流れる電流が所定値を超えるとバイパス回路はカットオフし、回路電流は発光回路を流れるものだけになる。よって、上記のＬＥＤ照明装置では、調光器の出力で動作させても正常に動作し、さらに消費電力を低くすることができる。

ＬＥＤ照明装置１００の概略ブロック図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置１００の回路図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置１００において、端子Ｂを基準とした場合の端子Ａの電圧を示す図である。 図３（ａ）に対応して端子Ａを流れる電流Ｉの波形を示す図である。 他のＬＥＤ照明装置４００の回路図である。 図４に示すＬＥＤ照明装置４００において端子Ｂを基準とした場合の端子Ａの電圧を示す図である。 図５（ａ）に対応して端子Ａを流れる電流Ｉの波形を示す図である。 更に他のＬＥＤ照明装置５００の回路図である。 特許文献１の図２６に記載のＬＥＤ照明装置を示す図である。 図７に示すＬＥＤ照明装置において、ブリッジ整流回路７０５の端子Ｂを基準とした場合の端子Ａにおける脈流の一周期分の電圧波形例を示す図である。 図７に示すＬＥＤ照明装置において、ブリッジ整流回路７０５に流れる脈流電圧一周期分の電流波形例を示す図である。 図７に示すＬＥＤ照明装置において、商用交流電源とブリッジ整流回路７０５との間に調光器９０１を挿入した例を示す図である。 負荷が適正な場合に、図９に示すＬＥＤ照明装置において、ブリッジ整流回路７０５の端子Ｂを基準とした場合の端子Ａにおける脈流の一周期分の電圧波形例を示す図である。 図９に示すＬＥＤ照明装置において、ブリッジ整流回路７０５が出力する脈流電圧一周期分の電圧波形例を示している。

以下図面を参照して、ＬＥＤ照明装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

図１は、ＬＥＤ照明装置１００の概略ブロック図である。

ＬＥＤ照明装置１００は、調光器１０９の電源出力端に接続され、調光器１０９の電源入力端は商用交流電源１０８と接続している。ＬＥＤ照明装置１００は、整流回路１０５、バイパス回路１０６、発光回路１０７等を備えている。

整流回路１０５は、４個のダイオード１０１〜１０４からなるダイオードブリッジであり、ダイオードブリッジの上端と下端が調光器１０９の電源出力端に接続されている。端子Ａは整流回路１０５の電流流出側の端子であり、端子Ｂは電流流入側の端子である。なお、整流回路１０５として、４つのダイオードからなるダイオードブリッジを用いた例を示したが、整流回路１０５はこれに限定されず他の構成を用いても良い。例えば、整流回路１０５を、１つのダイオードから構成しても良い。

バイパス回路１０６は、プラス側電源端子１１１（第３の電源端子）、マイナス側電源端子１１２（第４の電源端子）、電流検出端子１１３、電流制限部１１６及び電流検出部１１７を備えている。プラス側電源端子１１１は端子Ａ及び電流制限部１１６の上端と接続し、マイナス側電源端子１１２は端子Ｂ及び電流検出部の下端と接続している。電流検出部１１７へは電流制限部１１６から電流が流れ込むとともに、電流検出端子１１３を通じて発光回路１０７からも電流が流れ込むように構成されている。

整流回路１０５の端子Ａと端子Ｂとの間の電圧が低いとき（以下端子Ｂを基準に端子Ａの電圧を示す）、プラス側電源端子１１１から、電流制限部１１６、電流検出部１１７及びマイナス側電源端子１１２を介して、端子Ｂへ電流が流れる。端子Ａの電圧が上昇し発光回路１０７にも電流が流れるようになると、電流検出部１１７に流れる電流が略一定となる様にフィードバックが掛かる。更に端子Ａの電圧が上昇し電流検出端子１１３を通る電流が所定の値を超えるようになったら、バイパス回路１０６へプラス側電源端子１１１を通じて流れ込む電流を減少させるようにフィードバックが掛かる。

発光回路１０７は内部に単数又は複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤと呼ぶ）を含み、プラス側電源端子１１４（第１の電源端子）及びマイナス側電源端子１１５（第２の電源端子）を備えている。プラス側電源端子１１４は、端子Ａ及びバイパス回路１０６のプラス側電源端子１１１と接続されている。マイナス側電源端子１１５は、バイパス回路１０６の電流検出端子１１３と接続されている。

図２は、図１に示すＬＥＤ照明装置１００の回路図である。図２では、図１に示すＬＥＤ照明装置１００におけるバイパス回路１０６と発光回路１０７を素子レベルで記載した。

バイパス回路１０６は、抵抗１２１、１２４、エンハンスメント型のｎ型ＭＯＳトラントランジスタ１２２（以下ＦＥＴと呼ぶ）、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２３（以下トランジスタと呼ぶ）を含んで構成されている。発光回路１０７は、ＬＥＤ１２６、１２７を含む多数のＬＥＤが直列接続したＬＥＤ列１２５、及び抵抗１２８を含んで構成されている。

バイパス回路１０６のプラス側電源端子１１１は抵抗１２１の上端とＦＥＴ１２２のドレインに接続され、マイナス側電源端子１１２はトランジスタ１２３のエミッタと抵抗１２４の下端に接続されている。電流検出端子１１３はＦＥＴ１２２のソース、トランジスタ１２３のベース及び抵抗１２４の上端の接続部に接続されている。ＦＥＴ１２２を通る電流Ｉ１及び発光回路１０７から流れ込む電流Ｉ２は、抵抗１２４とトランジスタ１２３を経由して整流回路１０５の端子Ｂに向かう。

図１では、電流制限部１１６及び電流検出部１１７を機能をブロック化して描いているが、概ね電流制限部１１６に対応するのがＦＥＴ１２２であり、電流検出部に対応するのが抵抗１２４である。また、抵抗１２１とトランジスタ１２３は、抵抗１２４に流れる電流を一定するためのフィードバック機能を担っている。

発光回路１０７において、ＬＥＤ１２６、１２７などＬＥＤ列１２５に含まれる各ＬＥＤの順方向電圧が約３Ｖであるとき、ＬＥＤ列１２５のＬＥＤ直列段数は商用交流電源１０８の実効値で決まる。ＬＥＤ直列段数は、商用交流電源１０８の実効値が１００〜１２０Ｖの場合、例えば３０〜４０となり、商用交流電源１０８の実効値が２００〜２４０Ｖの場合、例えば６０〜８０となる。抵抗１２８は、ＬＥＤ列１２５に流れる電流を制限する。発光回路１０７のプラス側電源端子１１４はＬＥＤ列１２５のアノードに接続されており、マイナス側電源端子１１５は抵抗１２８の下端に接続されている。

以下、バイパス回路１０６の動作について説明する。なお、便宜上、端子Ａの電圧は０Ｖから時間とともに上昇するものとする。

整流回路１０５の端子Ａの電圧が０Ｖであるとき電流Ｉ１は流れない。続いて、端子Ａの電圧が上昇するとプラス側電源端子１１１を通じて電流Ｉ１が流れ始め、その後トランジスタ１２３のベース・エミッタ間電圧を約０．６Ｖに保つように一定の電流Ｉ１が流れる。

さらに、端子Ａの電圧が上昇して、発光回路１０７にも電流Ｉ２が流れるようになると、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和と、抵抗１２４との積が約０．６Ｖになるよう電流Ｉ１が調整される。即ち、プラス側電源端子１１１を通じて流れる電流Ｉ１と、電流検出端子１１３を通じて流れ込む電流Ｉ２の和が一定になる電圧域がある。この電圧域においてはバイパス回路１０６に含まれるトランジスタ１２３は非飽和状態にあり、ベース・エミッタ間電圧を基準にして電流Ｉ１と電流Ｉ２の和を一定にしている。

さらに、電圧が上昇し電流検出端子１１３を通る電流が所定の値を超えると、トランジスタ１２３が飽和しＦＥＴ１２２がカットオフする。この結果、プラス側電源端子１１１を通じて流れる電流がなくなり、電流検出端子１１３を通じて整流回路１０５の端子Ｂに戻る電流は、発光回路１０７を流れる電流Ｉ２だけになる。なお、抵抗１２１に流れる電流の大きさは小さいものとして無視した。電流Ｉ２は、抵抗１２８で制限されるが、端子Ａの電圧の上昇にともなって増加する。

図３は、調光器１０９の出力で図２に示す回路を動作させた場合の波形図である。図３（ａ）は図１に示すＬＥＤ照明装置１００において端子Ｂを基準とした場合の端子Ａの電圧を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応して端子Ａを流れる電流Ｉの波形を示す図である。

図３（ａ）に示すように、調光器１０９の出力電圧は脈流の一部が切り取られたものとなり、その出力電圧を整流回路１０５で全波整流すると、切り取った部分が０Ｖとなった波形になる。なお、図３（ａ）における点線は、調光しない場合の脈流を示している。

図３（ｂ）に示すように、先ず電流Ｉは０Ａから立ち上がり一定値になる。図３（ａ）において端子Ａの電圧が０Ｖとして示した部分でも、現実には僅かな電圧（数Ｖ）が存在するため、バイパス回路１０６を通じて電流Ｉ１を流し、僅かな電圧（数Ｖ）しか存在しない期間であっても、調光器１０９の動作を安定させている。

次に、端子Ａの電圧が急激に上昇すると発光回路１０７に電流Ｉ２が流れ、電流波形も急激に立ち上がる（ｔ１０参照）。このとき、バイパス回路１０６が電流Ｉ１と電流Ｉ２の和を一定にできる限度を越えてしまうため、トランジスタ１２３が飽和して、ＦＥＴ１２２がカットオフする。この結果、電流Ｉ１が０Ａとなり、電流Ｉは電流Ｉ２に等しくなる。そして電流Ｉの波形は、端子Ａの電圧波形（図３（ａ）参照）と相似する。

その後、端子Ａの電圧が下がり、電流Ｉが一定になる期間（ｔ１１参照）が現れる。期間ｔ１１ではトランジスタ１２３のベース電圧が下がり、再び電流Ｉ１と電流Ｉ２の和が一定となるようフィードバックが働くようになる。期間ｔ１１の前半では電流Ｉ２が存在するが、後半では電流Ｉ１だけになる。期間ｔ１１の後には、最終的に電流Ｉ１が０Ａとなり電流Ｉがなくなる。なお、図３（ｂ）における点線は調光しない場合における電流Ｉの波形である。

調光器１０９は、脈流の前半を切り取るように動作するリーディングエッジ型であり、例えば、トライアック２００、ダイアック２０１、ボリューム２０２、抵抗２０３及びコンデンサ２０４等を含んで構成される。しかしながら、調光器１０９は、脈流の後半を切り取るように動作するトレーリングエッジ型であってもよい。また、調光器１０９は、脈流の前半と後半を交互に切り取るように動作しても良い。他の種類の調光器であっても、電圧波形が切り取られた期間において、バイパス回路によりバイパス電流を流すことで調光器の動作を安定化させることが可能となる。

図４は、他のＬＥＤ照明装置４００の回路図である。

図１及び２に示したＬＥＤ照明装置１００に含まれる発光回路１０７は、一個のＬＥＤ列１２５だけを含む単純なものであった。この場合、脈流の一周期に対し発光期間が短くなりフリッカーやモーションブレークが目立つことがある。発光期間を長くする手法としては、ＬＥＤ列の直列段数を、電圧或いは電流に応じて切り換えてやることが有効である。ＬＥＤ照明装置４００では、電流に応じてＬＥＤ列の直列段数を切り換えながら、調光器の出力を用いても誤動作しない構成とした。

図４において、商用交流電源１０８、調光器１０９、整流回路１０５、バイパス回路１０６は、図２に示した構成と同様である。図４に示すＬＥＤ照明装置４００と図２に示すＬＥＤ照明装置１００との差違は、ＬＥＤ照明装置４００の発光回路４０７が複数段化している点、及びバイパス回路１０６と並列にフィルタ回路４０３が挿入されている点である。

なお、図４を図１と対応付けた場合、図１の発光回路１０７に図４の発光回路４０７が対応し、図１の発光回路１０７のプラス側電源端子１１４に図４の発光回路４０７のプラス側電源端子４１４が対応し、図１の発光回路１０７のマイナス側電源端子１１５に図４の発光回路４０７のマイナス側電源端子４１５が対応することとなる。

発光回路４０７は、ＬＥＤ４３６、４３７を含むＬＥＤ列４３５と、ＬＥＤ４４６、４４７を含むＬＥＤ列４４５とを備えている。ＬＥＤ列４３５及びＬＥＤ列４４５の間には第２バイパス回路４０８が接続され、ＬＥＤ列４４５のカソード側には電流制限回路４０９が接続されている。ＬＥＤ列４３５及びＬＥＤ列４４５の直列段数は、商用交流電源１０８の実効値が１００〜１２０Ｖであるとき、例えば、ＬＥＤ列４３５を２５及びＬＥＤ列４４５を１５とし、商用交流電源１０８の実効値が２００〜２４０Ｖであるとき、例えば、ＬＥＤ列４３５を５０及びＬＥＤ列４４５を３０とすることができる。

第２バイパス回路４０８は、抵抗４３１、ＦＥＴ４３２、トランジスタ４３３、抵抗４３４を備え、バイパス回路１０６と同じ回路構成となるが、抵抗４３４の値が図２に示したＬＥＤ照明装置１００の抵抗１２４の値と異なる。電流制限回路４０９も、抵抗４４１、ＦＥＴ４４２、トランジスタ４４３、抵抗４４４を備え、バイパス回路１０６と同じ回路構成となるが、抵抗４４４の値が図２に示したＬＥＤ照明装置１００の抵抗１２４の値と異なる。この場合、抵抗の値は、抵抗４４４、抵抗４３４、抵抗１２４の順に大きく設定されている。

以下、発光回路４０７の動作について説明する。なお、便宜上、端子Ａの電圧は０Ｖから時間とともに上昇するものとする。

整流回路１０５の端子Ａの電圧が０Ｖであるとき、電流Ｉは流れない。続いて、端子Ａの電圧が上昇しＬＥＤ列４３５の閾値を超えると、発光回路４０７に電流Ｉが流れ始め、トランジスタ４３３のベース・エミッタ間電圧を約０．６Ｖに保つように一定の電流が流れる電圧域が現れる。この電圧域の前半では、バイパス回路４０８に含まれるＦＥＴ４３２だけに電流が流れ、後半ではＬＥＤ列４４５を通る電流も流れる。この電圧域では、バイパス回路４０８に含まれるＦＥＴ４３２を流れる電流とＬＥＤ列４４５に流れる電流との和が一定になる。

さらに端子Ａの電圧が上昇すると、ＬＥＤ列４４５及び電流制限回路４０９を経由する電流が増加しトランジスタ４３３が飽和するため、バイパス回路４０８がカットオフし、ＦＥＴ４３２を流れる電流がなくなる。バイパス回路４０８がカットオフしたとき、ＬＥＤ列４４５を流れる電流は、端子Ａの電圧がさらに上昇しても電流制限回路４０９によって上限値が制限される。つまり電流制限回路４０９は、発光回路４０７に流れる電流の上限値を制限できるので、商用交流電源１０８又は調光器１０９の出力電圧が不安定であっても発光回路４０７を安定して動作させることができる。

バイパス回路１０６と、抵抗４０１及びコンデンサ４０２が直列接続したフィルタ回路４０３とをＬＥＤ照明装置４００から取り除くと、図４の端子Ａの電圧波形は、図１０（ｂ）のようになる。即ち、本来０Ｖとなる期間に異常な電圧が現れるとともに、脈流の一部が現れるべき期間に鋭いピークが現れる。また、バイパス回路１０６のみをＬＥＤ照明装置４００から取り除くと、図４の端子Ａの電圧波形は、図１０（ｂ）の後半に見られるピークは消滅するが、前半の異常な電圧は消滅しない。仮に、調光器１０９にバイパス回路１０６と発光回路４０７だけからなるＬＥＤ照明装置を接続した場合、そのＬＥＤ照明装置ではＬＥＤが点灯する期間であっても負荷のバランスが崩れ端子Ａの電圧が振動することがある（図１０参照）。これに対し、ＬＥＤ照明装置４００では、フィルタ回路４０３を挿入しているので、振動を抑圧し動作が安定化する。特に、ＬＥＤ列に流す電流が小さい場合、フィルタ回路４０３の効果は大きい。

更に、バイパス回路１０６に流す電流を減らそうとした場合、ＬＥＤ照明装置４００は調光に対する安定性が悪くなるが、フィルタ回路４０３を挿入することでこの安定性を回復することできるようになる。即ち、抵抗４０１とコンデンサ４０２が直列接続したフィルタ回路４０３は、ＬＥＤ照明装置４００の動作を安定化させることが理解できる。フィルタ回路４０３としては、例えば抵抗４０１を１ｋΩ、コンデンサ４０２を０．０４７μＦとすることができる。

図５は、調光器１０９の出力で図４に示す回路を動作させた場合の波形図である。図５（ａ）は図４に示すＬＥＤ照明装置４００において端子Ｂを基準とした場合の端子Ａの電圧を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に対応して端子Ａを流れる電流Ｉの波形を示す図である。

調光器１０９の出力は、脈流の一部が切り取られ、切り取られた部分が０Ｖとなった波形になるので、整流回路１０５で全波整流すると図５（ａ）の実線で示したように、前半に電圧がなく、後半に脈流の一部が現れた波形となる。図５（ａ）において、点線は調光しない場合の脈流を示している。バイパス回路１０６の動作は、原則として、ＬＥＤ照明装置１００で説明した通りであるが、図４に示すＬＥＤ照明装置４００に対応して、以下にその動作を説明する。

図５（ｂ）に示すように、先ず電流Ｉは０Ａから立ち上がり一定値になる。これは図５（ａ）において端子Ａの出力電圧が０Ｖと示していた部分でも、現実には僅かな電圧（数Ｖ）が残っているためバイパス回路１０６を通じて電流が流れるためである。続いて、端子Ａの電圧が上昇すると、ＬＥＤ列４３５に電流が流れ電流波形は急激に立ち上がる（時刻ｔ２０参照）。時刻ｔ２０において、バイパス回路１０６はカットオフし、ＦＥＴ１２２を流れる電流は０Ａとなり、電流ＩはＬＥＤ列４３５を流れる電流に等しい。図５（ｂ）において、点線は調光しない場合の脈流を示している。

前述したように、発光回路４０７には、バイパス回路１０６及び第２のバイパス回路４０８がカットオフしＬＥＤ列４４５を流れる電流が電流制限回路４０９で制限される第１の電圧域、端子Ａの電圧に応じて第２のバイパス回路４０８に流れる電流とＬＥＤ列４４５を流れる電流の和が一定になる第２の電圧域、及びバイパス回路１０６に流れる電流とＬＥＤ列４３５を流れる電流の和が一定になる第３の電圧域の３つの電圧域が存在する。したがって、電流Ｉの波形も、図５（ｂ）に示すように、第１の電圧域に対応した第１のレベル（Ｌ１）、第２の電圧域に対応した第２のレベル（Ｌ２）、及び第３の電圧域に対応した第３のレベル（Ｌ３）が存在する。なお、図５では端子Ａの電圧が電流制限を受ける電圧域で点灯し始める場合を図示しているが、一般に調光する場合の電流Ｉの波形は、調光しない波形（点線及び実線の一部）で占めされる波形から一部を切り出したものとなる。

ＬＥＤ照明装置４００では、電流を検出してＬＥＤ列の直列段数の切り換えを行っているが、電圧を検出してＬＥＤ列の直列段数を切り換えても良い。ただし、電圧を検出してＬＥＤ列の直列段数を切り換える方式では、ＬＥＤ列の直列段数の切換え時に電流値が鋭いピークを持つように急激に変動し、高調波ノイズが発生する場合がある。これに対して、ＬＥＤ照明装置４００では、電流を検出してＬＥＤ列の直列段数の切り換えを行っており、電圧の増減に応じて電流を追従させることができるので、高調波ノイズの発生を防止し、力率及び歪み率を良好な状態に維持することができる。

ＬＥＤ照明装置４００では、２つのＬＥＤ列の直列段数の切り換えを行っているが、切り換える直列段数の数は２つに限定されない。例えば、５つのＬＥＤ列を直列に接続する場合には、ＬＥＤ列４３５及び第２のバイパス回路４０８とからなるセットと同様のセットを５セット準備する。そして、ＬＥＤ照明装置においてＬＥＤ列４３５と第２のバイパス回路４０８とからなるセットにＬＥＤ列４４５と電流制限回路４０９からなるセットを接続した様に、準備した５セットをカスケード接続すれば良い。なお、ＦＥＴのソースに接続する抵抗は、それぞれのセットで異なった値を有する。

図６は、更に他のＬＥＤ照明装置５００の回路図である。

図６において、商用交流電源１０８、調光器１０９、及び整流回路１０５は、図４に示した構成と同様である。図６に示すＬＥＤ照明装置５００と図４に示すＬＥＤ照明装置４００との差違は、バイパス回路５０６、第２のバイパス回路５０８及び電流制限回路５０９の回路構成を変更した点と、フィルタ回路５０３の位置を変更した点である。

図４におけるＬＥＤ照明装置４００では、バイパス回路１０６、第２のバイパス回路４０８及び電流制限回路４０９は、２つの抵抗素子と、エンハンスメント型のｎ型ＭＯＳトラントランジスタ（ＦＥＴ）、及びＮＰＮ型バイポーラトランジスタから構成した。しかしながら、図６におけるＬＥＤ照明装置５００では、同様の回路をディプレッション型ＦＥＴと１つの抵抗によって構成している。

バイパス回路５０６では、ＦＥＴ５１２のドレインが整流回路１０５の出力端子Ａと接続され、ゲートが整流回路１０５の入力端子Ｂ及び抵抗５１１の一端と接続され、ソースが抵抗５１１の他端と接続されている。抵抗５１１に電流Ｉｘが流れると、電圧降下が発生し、ＦＥＴ５１２のゲート電圧ＶＧとソース電圧ＶＳ間に電位差が生じる。ディプレッション型ＦＥＴでは、ＶＧ−ＶＳ間の電位差がオフセット値より低くなると、オフするように動作する。したがって、バイパス回路５０６では、発光回路５０７に電流が流れることによって、抵抗５１１を流れるＩｘが大きくなると、ＦＥＴ５１２がオフし、ＦＥＴ５１２のドレインとソース間を流れる電流が遮断される。

第２のバイパス回路５０８及び電流制限回路５０９も、上記のバイパス回路５０６と同様に動作する。図５に示すＬＥＤ照明装置５００における、バイパス回路５０６、第２のバイパス回路５０８及び電流制限回路５０９は、図４に示すＬＥＤ照明装置４００のバイパス回路１０６、第２のバイパス回路４０８及び電流制限回路４０９と同様に機能する。即ち、バイパス回路５０６、第２のバイパス回路５０８及び電流制限回路５０９は、整流回路１０５の出力電流の経路を切り換え、上限値を制限する。

したがって、発光回路５０７には、図４に示す発光回路４０７と同様に、バイパス回路５０６及び第２のバイパス回路５０８がカットオフしＬＥＤ列４４５を流れる電流が電流制限回路５０９で制限される第１の電圧域、端子Ａの電圧に応じて第２のバイパス回路５０８に流れる電流とＬＥＤ列４４５を流れる電流の和が一定になる第２の電圧域、及びバイパス回路５０６に流れる電流とＬＥＤ列４３５を流れる電流の和が一定になる第３の電圧域の３つの電圧域が存在する。

図６に示すＬＥＤ照明装置５００では、フィルタ回路５０３の位置を、バイパス回路５０６の後段に配置している。バイパス回路５０６は、バイパス回路１０６（図４参照）と同様に、調光器１０９が電圧をほぼ０Ｖになる期間においても、調光器１０９に少量の電流を継続して流し、調光器１０９の誤動作を防止する機能を有している。さらに、ＬＥＤ照明装置５００では、調光器１０９と負荷とのマッチング不良による電圧の振動をフィルタ回路５０３が抑制している。このとき、フィルタ回路５０３に流れる電流をバイパス回路５０６にフィードバックするため、フィルタ回路５０３をバイパス回路５０６の後段に配置した。これで、フィルタ回路５０３に流れる電流が削減される。なお、フィルタ回路５０３を構成する素子及びその機能は、フィルタ回路４０３（図４参照）と同様である。

なお、前述したＬＥＤ照明装置１００、４００及び５００は、調光器１０９を介さずに商用交流電源に接続しても、低消費電力で正常に動作する。

Claims (7)

1. 整流回路と、
   前記整流回路と接続され、前記整流回路の出力電圧が閾値電圧を越えると電流が流れ始める単数又は複数のＬＥＤを含む発光回路と、
   前記発光回路を経由せずに前記整流回路へ電流を流すためのバイパス経路と、前記発光回路を流れる電流を検出する検出部を有するバイパス回路と、を有し、
   前記バイパス回路は、前記検出部が検出する電流が所定値を越えた場合に、前記バイパス経路を流れる電流を遮断する、
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記バイパス回路は、前記バイパス経路を流れる電流と前記発光回路を流れる電流の和が一定の値となるように制御する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記バイパス回路は、前記バイパス経路中に配置されたディプレッション型ＦＥＴと、電流検出抵抗とを含み、前記ディプレッション型ＦＥＴは、前記発光回路を流れる電流を前記電流検出抵抗により検出して、前記バイパス経路の開閉制御を行う、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記バイパス回路は、前記バイパス経路中に配置されたエンハンスメント型ＦＥＴ及び電流検出抵抗と、前記エンハンスメント型ＦＥＴの制御用のバイポーラトランジスタと、プルアップ抵抗とを含み、前記バイポーラトランジスタは、前記発光回路を流れる電流を前記電流検出抵抗により検出して、前記エンハンスメント型ＦＥＴを用いて前記バイパス経路の開閉制御を行う、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記発光回路に接続された第２のバイパス回路と、
   前記第２のバイパス回路に接続され、前記整流回路の出力電圧が閾値電圧を越えると電流が流れ始める単数又は複数のＬＥＤを含む第２の発光回路と、
   前記第２の発光回路に流れる電流を制限する電流制限回路と、
   を更に有する、請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記バイパス回路と並列に前記整流回路に接続され、抵抗及びコンデンサを直列接続したフィルタ回路を更に有する、請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記フィルタ回路は、前記バイパス回路より、前記発光回路側に配置されている、請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。

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